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GEM規格は、製造装置向けの単一接続プロトコルと誤解されることが多い。単一接続とは、GEMインターフェースを同時に使用できるソフトウェア製品が1つだけであることを意味する。GEM規格をサポートする多くの製造装置は、1接続のみに対応している。しかし、この制限は、知識不足や慣習、一般的な製造システムアーキテクチャへの適合のために設定されているに過ぎない。
実際のところ、GEM規格は追加接続について言及しておらず、追加接続は要求も禁止もされていない。機器が複数の同時GEMインターフェースをサポートすることは可能であるだけでなく、これはますます一般的になりつつある。サポートされる各GEM接続が点対点であり、GEM規格に準拠している場合、これは確かに許容される。ただし、各接続は他のGEM接続から完全に独立している必要があり、なおかつGEMの要件を満たさなければならない。 複数の接続を実装するには、いくつかの疑問が生じる。
各GEM接続が独立しているとはどういう意味ですか？
これは、各GEMホストが他のGEMホスト接続が存在しないかのように、完全に独立して動作することを意味します。以下に「完全に独立」を定義する属性のより具体的なリストを示します：
- 通信状態モデルは独立している。各ホストパッケージは互いに独立して接続を確立および切断できる。
- 制御状態モデルは独立しています。必要に応じて、それぞれをローカルまたはリモートとして設定できます。
- コレクションイベントレポートの動的構成は完全に独立しています。各ホストは固有のレポートセットを定義し、固有のコレクションイベントセットを購読します。それでも、2つのGEMホスト接続が同一のレポートを作成し、それらを同じコレクションイベントにリンクした場合、両者は同一のデータを受信する必要があります。
- 各ホストは固有のアラームセットを購読します。
- 各ホストは、他のホストとは独立してステータス情報を問い合わせることができる。
- 各ホストは、スプール機能を有効または無効に設定し、必要に応じて構成できます。
- 各ホストは独自のトレースデータ収集を設定できます。
- 各ホストは、自身のサブスクリプションに基づいてメッセージのみを受信します。
- 各ホストは、自身のプライマリメッセージに対する返信メッセージのみを認識する。
HSMS-GSのことですか？
No. HSMS-GSとは、SEMI規格E37.2「高速メッセージサービス－一般セッション」 を実装することを意味します。これは非アクティブなSEMI規格です。この規格は業界で広く採用されることはなく、単一のポートを開いて任意の数のクライアントが接続できるようにします。これに対し、私が言及しているのは、E37.1「高速メッセージサービス－単一セッション（HSMS-SS）」の複数実装をサポートすることです。この規格では、各接続が固有のポート番号を使用します。 現在、ほぼ全てのGEMインターフェースはHSMS-SSプロトコルを使用しています。
単一のGEMインターフェースに複数のGEM接続を持つことの利点は何ですか？
これにより、多くの有用なアプリケーションの可能性が開かれます。以下に3つの設定例を示しますが、もちろんこれらすべてを同時に実現することも可能です。
- 工場では、同一の機器のGEMインターフェースに接続するため、互いに認識せず干渉もせずに複数のホストソフトウェアパッケージを同時に設定できる。一方、単一の接続で同じことを行いたい工場では、異なるGEMホストパッケージ間の通信を単一のGEM接続に集約する何らかのGEMホストブローカーを実装する必要がある…これは技術的に困難な課題である。
- 設備サプライヤーが、自社設備向けに工場内で動作する専用アプリケーションを作成したい場合、GEM接続のいずれかを利用できます。カスタムインターフェースに機能を複製する必要はありません。
- ある機器が別の機器と直接データを監視、制御、またはやり取りする必要がある場合、工場のGEM接続に干渉することなく、GEM接続の1つを使用してこれを実現できます。設定は比較的簡単です。これは水平通信と呼ばれることもあります。このような通信は、GEMインターフェースの従来の垂直通信ユースケースを用いて、ホストを経由して中継することも可能です。
安全面はどうですか？
通常、ファクトリはGEMインターフェースにおいてオンライン-リモート状態にあり、リモートコマンドの送信が許可される接続を1つだけ設定すると想定されます。ただしこれは絶対的な要件ではありません。リモートコマンドの実行が複数のアプリケーションに分散されるアプリケーションを想像するのは難しくありません。例えば、機器サプライヤーは、実際の測定性能に基づいて機器の定期的な再校正を管理するために、1つのGEM接続を使用する可能性があります。
技術的な問題点は何ですか？
いくつかあります。
- 各接続が個別のポート番号を使用するため、HSMS-SSを使用する場合、GEMインターフェースがサポートできる接続数は有限となります。
- 標準規格では複数の接続が明示的に規定されていないため、それらを処理するための要件は存在しません。例えばGEMでは、オペレーターコマンドおよびオペレーターレシピ管理アクティビティをホストに報告することが要求されています。しかし、別の接続がリモートコマンドを送信したり新しいレシピをダウンロードしたりする場合、これを報告する義務はありません。当社のCIMConnect製品では報告していますが、これを行う正式な要件は存在しません。
- GEMでは通信状態をGUIに表示する必要がありますが、複数接続の場合はどうでしょうか？複数ホストに対して何を表示すべきかは明確ではありません。通常は最初のGEM接続状態のみを表示していますが、各接続状態を表示し、オペレーターが全てのGEM接続を制御できるようにする方が有用かもしれません。
- 一部の収集イベント（およびデータ変数）、ステータス変数、機器定数は、その単一接続の動作を対象としています。これは、複数の接続を正しく実装するためには、これらの接続固有の機能がその接続に対して一意でなければならないことを意味します。例えば、ステータス変数EventsEnabledとControlStateを考えてみましょう。これら2つのステータス変数に報告される値は、その接続に対して一意です。これにより、複数の接続を持つGEMインターフェースの実装には複雑さが加わります。 もちろん、当社のCIMConnect製品は既にこれを実装し処理しています。
各GEM接続は同一である必要がありますか？
いいえ、ただし一般的に言えば同じであるべきです。同じセットの収集イベント／データ変数、アラーム、ステータス変数、機器定数がすべての接続に報告される必要があります。ただし、特定の接続に固有の収集イベントやデータを用意することが有用なユースケースも存在します。例えば、機器サプライヤーが自社の機器専用工場ホストパッケージのパイプラインとして1つのGEM接続を使用する場合、自社専用の一部の固有データを公開したいと考える可能性があります。 前述の通り、2つのGEMホスト接続が同一のレポートを作成し、同じ収集イベントにリンクしている場合、両者は同一のデータを受信するはずです。一方、同じステータス変数を持つトレースデータレポートは、値が独立して異なる時間間隔でサンプリングされる可能性があるため、同一データを報告する必要はない場合があります。
機器はGEMインターフェースにおいて、いくつのGEM接続をサポートすべきですか？
5つの接続をサポートすることを推奨します。現在、ほとんどのGEM実装では1つの接続のみを使用しているため、これにより最大4つの追加接続が可能になります。これにより、機器は後日の工場での再設定を必要とせず、ほとんどの状況に対応できるようになります。CIMConnectでは、5つの接続を持つことによるオーバーヘッドはごくわずかであり、使用されない場合には実質的にゼロです。
通信設定はどうすべきですか？
機器は必ずパッシブモードで設定してください。これにより、すべての設定はホスト側で行われます。デバイスIDはすべての接続で同じ値（0、1、または32767が最適）に設定できます。
CIMConnectで複数のGEM接続を有効にするにはどうすればよいですか？
当社のCIMConnect製品は本質的に複数のGEM接続をサポートしているため、Cimetrixのお客様は設定ファイルを構成するだけで済みます。 当社のCIMConnect GEM製品は、当初から複数のGEM接続を想定して設計されています。そのため、ネイティブで直感的な操作が可能であり、オペレーターインターフェースでの追加作業を除けば、実質的に追加プログラミングは不要です。セットアップファイルでは、最初に5つの[CONNECTIONX]セクションを作成し、その後、5つの接続それぞれに対して接続固有のVARIABLESセクションとEVENTSセクションを設定するだけです。
代替アプローチ？
代替アプローチの一つとして、SEMIの装置データ収集（EDA）規格を検討する方法がある。EDAインターフェースは本質的にデータ収集専用であり、複数のクライアントアクセスを標準に組み込むことが基本要件として定められている。半導体前工程装置メーカーは、GEM規格に加え、この技術を積極的に採用している。GEMインターフェースは製造実行システム（MES）が装置の指令・制御に使用するのに対し、EDAインターフェースはその他のあらゆる用途に使用される。
最終的な所感
皆様、特にCimetrix CIMConnectをご利用のお客様には、GEMインターフェースを確認し、複数ホスト接続を適切に実装しているかご確認ください。CIMConnectではこれが非常に容易です。また、この機能を提供していることをお客様に周知し、活用していただけるようにしてください。
GEM基準の詳細については、当社のウェブサイトでいつでもご覧いただけます。
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